计算机网络43ARP地址解析协议以及IP数据报首部

1、计算机网络-4-3-AR地址解析协议以及IP数据报首部地址解析协议ARPfflIP数据报首部在实际的应用中，我们会经常遇见这样的一个问题：我们已知一个机器（主机或者路由器的）ip地址，我们怎么获取相应的硬件地址？，地址解析协议就是用来解决这个问题的。ARP协议的作用：YZOO-OO-CO-15-AD-18（a）主机A广播发送ARP请求分组UARP请求r209.0,0.5209.006ARP请求ARP请求我是209.00.5,硕件地址是OO-OO-CO-15-AD-lSc我想知道主机209.006的硬件地址.ARP请求我的A地址为由上图可知：首先ARP协议划归为网络层，但是ARP协议是为了从网络

2、层使用的IP地址，解析出在数据链路层的A地址，因此有的书籍也会把ARP协议划分到数据链路层，这也是可以的。ARP协议的要点网络层使用的是IP地址，但在实际的链路层传输数据帧我们使用的是A地址。在一个网络上可能会有新的主机加入或者旧的主机撤去。除此之外更换网络适配器也会导致A地址发生变化。ARP地址解析协议解决这个问题的方法是在主机ARP高速缓存中存放一张IP地址到A地址的映射表，而且这个表还要动态更新（添加或者删除）每个主机都有一个ARP高速缓存（ARP）,里面有着本局域网的各个主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表，这些都是该主机目前知道的一些地址。那么主机该怎么知道这些地址呢？ARP进程

3、在本局域网内广播发送一个ARP请求分组。ARP请求分组的主要内容是：我的IP是A-我想知道IP地址为的A地址为多少？在本局域网所有的主机运行的ARP进程都会收到这条此ARP请求分组。在主机的IP地址与请求分组中要查询的IP地址一致，就收下这个请求分组，并向主机主动发送一个响应分组，同时在这个响应分组写入自己的地址。由于其他主机的IP地址和请求要查询的IP地址不一样，因此都不会理会这个请求分组。ARPXYB我是20900*6,確件地址是08-00-2B00-EE-0Ae（b）主机B向A发送ARP响应分组209.0.0.608-00-2B-00-EE-QA注意：请求分组是广播，但是响应分组单播，就

4、从源地址发送到一个目的地址。主机收到这个响应分组后，就在自己本地的缓存中写入主机的ip地址到地址的映射。同理，当主机在接收到这个主机发送过来的请求分组时也会在主机本地的缓存中写入主机的ip地址到地址的映射。可见。簡速缓存是非常的有用，如果不使用离速缓存，那么任何一台主机只要进行一次通信，就必须要使用协议广播请求分组，只会导致网络上的通信量大大增加。把已经得到的地址映射写入高速缓存中，这样该主机下次再和具有同样目的主机进行通信的时候，可以直接从缓存中获取到硬件地址。对保存在缓存中的每一个地址映射项都设立了一个生存周期（），凡是超过项都会被从高速缓存中清除掉，然后会重新广播获取最新的p地址与地址映

5、射记录。协议解决的是同一个局域网内的主机或者路由器ip地址和硬件地址之间的映射关系。如果要找的目标主机和源主机不在同一个网段内,就无法解析出另一个局域网上主机的地址。的四种经典情况比网2I要把ip数据报发送到同一个网络的另一台主机，要把ip数据报发送到另一个网络上的主机（的地址，剩下的工作交给路由器来完成这时候发送一个请求分组报文找到目的主机）,这时发送一个请求分组在局域网内广播要做的是和发送方是主的C地址发送主机是域网的路由器发送方是路由器要把数据报发送给与连接在同一个网络上的主机（3,这时候路由器会发送一个请求分组在局域网内广播，找到主机（3的地址。发送方是路由器要把IP数据包报转发到网络

6、上的一台主机如（4,由于主机与路由器不是在同一个网段内，这时候路由器会发送一个请求分组给路由器2剩下的步骤由路由器完成。I数据报的格式IP数据报的格式首部数据部分|rp数据报发送在前图413田数据报的格式在TCP/IP的标准中，各种数据格式常常是32位（8字节），上图是完整的格式。IP数据报是由报首和数据两部分组成。首部包括20个字节的固定长度和可选字段。版本占4位。指的是IP协议的版本。通信双方必须要使用相同的IP协议版本。目前广泛使用的是IP协议版本是IPV4和和IPV6首部长度占用4位，可以表示最大的1111（15）区分服务占用占8位，用来获取更好的服务，这个字段只有在使用区分服务的时候

7、才起作用，一般情况下不使用该服务。4总长度占用16位，指的是首部和数据之和的长度。单位为字节，总长度字段为6位，因此数据报的长度为（2人16）-1=65535字节，但在现实生活中确实很少遇到。在网络层下面的数据链路层，规定了一个数据帧中的数据字段最大传送单元MTU,当一个IP数据报文封装成链路层的帧的时候，此数据报的长度，一定不能超过数据链路成所规定的MTU值。最常用的以太网规定其MTU最大值为1500字节。如果传输的数据报长度超过数据链路层的MTU值，就必须把过长的数据报进行分片处理。虽然使用尽可能长的P数据报会使得传输效率更高一些（因为内一个IP数据报中首部长度占数据报总长度的比例小一些）

8、，但数据报短些也有好处。每一个P数据报越短，路由器转发的速度越快。为此，IP协议规定，在互联网中所有的主机和路由器，必须能够接受长度不能超过576字节的数据报，这是假定上层交下来的数据长度有512字节（合理的长度），加上最长部分的IP数据报首部60字节再加上4个字节的富余量，就得到了576字节。当主机需要发送576字节的数据报的时候。应当需要先询问目标主机能否接受所要发送的数据报长度，否则，就要进行分片。标识占16位，IP软件在存储器中维持一个计数器，每产生一个数据报，计数器就+1，但是这个并不是序号，因为IP是无连接服务，数据报不存在按序接收的问题，当数据报由于长度超过网络的MTU而必须分片

9、的时候，这个标识的字段的值就会被复制到所有的数据报片的标识字段中，相同标识字段的值使得分片后最后能够正确的重装为原来的数据报。标志（Flag）占3位，只有两位有意义：标志字段中的最低位为MF（morefragment）:当MF=1时候表示后面还有分片，当MF=0表示这已经是最后一个数据报片。标志字段中的中间位DF（dontfragment）意思之不能再分片，只有当DF=0才允许分片。片偏移占13位，较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置，也就是说，相对与用户数据字段的起点，该片从何时开始。片偏移以8个字节为偏移单位，也就是说：每个分片的长度一定是8字节的整数倍。生存周期TTL:占8位，表

10、明这是数据报在网络中的寿命，在路由器中称之为跳数限制。目的就是为了防止在路由器之间无限转圈导致白白耗费网络资源。每经过一个路由器，TTL就-1,当TTL=0,路由器就会丢掉这个IP数据报，一般TTL默认为16。9协议，占8位，协议字段指的是此数据报所携带的数据是使用的何种协议，以便于目的主机的P层知道应将数据部分上交给哪一个协议来处理。协议名ICMPIGMPIPTCPEGPIGPUDPESPOSPF0.首部校验和:占16,生存周期，标志，偏移位这个字段量等等，不检只检验数据今验数据部分报的首部，不卜可以减少路E包括数据本la器的工作量#部分,to除此之这是因为数扌丿外，为了减丿弓报每经过少校验工作次路由器，路由器都匚量,ip数据报的首部校收会重新计算E验和并不会使用CRC检验码，而是采用从下面简单的校验方式:发送端接收端数据报首部位，JI16位*1莹9JI16位检字字潘字反码算术运算求和位I取反码0IP数据报1丨h输輪和16位1T数拯部分不参与检验和的计算*数据部分反码算术运算求和结果若结果为0,则保留；|否则，丢弄该数据报圉4-15IP数抿根首沏粉骑和的计算讨稈在发送方，先把IP数据报首部划分为许多16